Προτεροζωικός αιώνας. Δρ. Γιώργος Ηλιόπουλος

Transcript

1 Προτεροζωικός αιώνας Δρ. Γιώργος Ηλιόπουλος

2 Οι πρώτοι ευκαρυοτικοί οργανισμοί Οι ευκαρυοτικοί οργανισμοί εξαπλώθηκαν περίπου την ίδια εποχή που τα στρώματα σιδήρου εξαφανίστηκαν και τα κόκκινα στρώματα εμφανίστηκαν. Η προέλευση των Ευκαρυοτικών οργανισμών γύρω στα 2.7 δις έτη, βασίζεται σε μοριακά απολιθώματα. Σε μαύρους αργιλικούς σχιστόλιθους Νοτιοδυτική Αυστραλία.

3 Οι πρώτοι ευκαρυοτικοί οργανισμοί Μερικοί από τους πρώτους ευκαρυοτικούς οργανισμούς ήταν μονοκύτταροι φυτοπλανκτονικοί (ακρίταρχα), πρώτιστα και φύκη. Το αρχείο των απολιθωμάτων υποδεικνύει ότι η φωτοσυνθετική γραμμή σχημάτισε τον Πρωτεροζωϊκό κορμό του ευκαρυοτικού δέντρου.

4 Ακρίταρχα

5 Grypania Υπάρχουν λίγα στοιχεία για πολυκύτταρους οργανισμούς Πιθανότατα ο πρώτος πολυκύτταρος οργανισμός ήταν η Grypania που έμοιαζε με κορδέλα και βρέθηκε σε ανθρακικά πετρώματα ηλικίας 2.1 δις ετών από το Michigan Παρόμοια δείγματα σε Κίνα, Ινδία, Καναδά. Οι κορδέλες της Grypania, έχουν πλάτος 2 mm, μήκος 5-15 cm διατηρημένες σε χαλαρές περιστροφές με διάμετρο 0,5-2,5 cm. Κυτταρικές δομές δεν διατηρήθηκαν. Λόγω του μεγέθους, σχήματος, και διατήρησης πιθανότατα πολυκύτταρο ευκαρυοτικό φύκος.

6 Grypania

7 Πολυκύτταροι οργανισμοί, 2,1by, Γκαμπόν

8 Ενδοσυμβίωση Δις έτη πριν, πολλά προκαρυοτικά κύτταρα βρέθηκαν να ζουν μαζί συμβιωτικά μέσα σε ένα κύτταρο για προστασία και προσαρμογή από ένα οξυγονωμένο περιβάλλον. Αυτά τα προκαρυοτικά κύτταρα έγιναν οργανίδια. Αποδεικτικό στοιχείο για αυτό αποτελεί και το γεγονός ότι τα μιτοχόνδρια έχουν το δικό τους DNA. Πχ. ένα κύτταρο οικοδεσπότης (αναερόβιο με ζύμωση) + αεροβικό οργανίδιο (μιτοχόνδριο) + συν οργανίδιο σαν σπειροχαίτη (μαστίγιο για κίνηση).

9 Ενδοσυμβίωση

10 Ευκαρυοτικοί οργανισμοί Η εμφάνιση τους οδήγησε στην δραματική αύξηση του ρυθμού της εξέλιξης και ήταν τελικά υπεύθυνη για την εμφάνιση πολύπλοκων πολυκύτταρων οργανισμών.

11 Προτεροζωικός αιώνας εκ. έτη Το 42% της ιστορίας τη γης Χωρίζεται σε 3 υποαιώνες: Παλαιοπροτεροζωικός ( δις έτη) Μεσοπροτεροζωικός ( δις έτη) Νεοπροτεροζωικός ( εκ. έτη)

12 Η αρχή του Προτεροζωικού σηματοδοτεί Πιο σύγχρονη τεκτονική των πλακών Πιο σύγχρονη ιζηματογένεση Πιο σύγχρονο κλίμα με παγετώνες Τις απαρχές μιας ατμόσφαιρας πλούσιας σε Οξυγόνο Την εμφάνιση και επικράτηση των ευκαρυοτικών οργανισμών

13 Στην αρχή του Προτεροζωικού Μεγάλα τμήματα του φλοιού (πλάκες) γνωστά και ως Προκάμβριες επαρχίες, στην αρχή του Προτεροζωικού συνενώθηκαν μαζί για να σχηματίσουν την πρώτη μεγάλη και ενιαία ήπειρο της γης, την Κένορλαντ.

14 Στην αρχή του Προτεροζωικού Η συνένωση («ραφή») ηπειρωτικών πλακών εμφανίζεται κατά μήκος οροσειρών ή ορογενετικών ζωνών. Μέχρι περίπου τα 1.7 δις έτη είχε ολοκληρωθεί ο σχηματισμός της Κένορλαντ. Η Κένορλαντ συνέχισε να μεγαλώνει σε όλη την διάρκεια του Προτεροζωικού, με την συγκόλληση νέων τμημάτων στα περιθώρια της.

15 Το κλίμα στον Προτεροζωικό Οι πρώτες παγετώδεις περίοδοι: Στον Παλαιοπροτεροζωικό, περίπου μεταξύ δις έτη, η Ουρόνια (Huronian). Στον Νεοπροτεροζωικό, εκ. έτη, η Βαράνγκια (Varangian)

16 Η Ουρόνια παγετώδης περίοδος ( εκ. έτη) Ξαφνική έναρξη από τις μέχρι τότε σταθερές συνθήκες Ιλιόλιθοι που δείχνουν εποχικότητα Τιλίτες, συσσωρεύσεις αδρόκοκκων ιζημάτων από παγετώνες. Χαρακτηριστικές γραμμώσεις σε κροκάλες από την κίνηση του πάγου. Είχε μεγάλη παγκόσμια εξάπλωση, αποθέσεις παγετώνων έχουν βρεθεί στην Β. Αμερική, Ευρώπη, Ν. Αφρική, Ινδία.

17 Στον Μεσοπροτεροζωικό ( δις έτη) Δημιουργία ωκεανού. Στη συνέχεια η Γκρενβίλλιος ορογένεση δις έτη Η σύγκρουση των ηπείρων δημιούργησε την υπερήπειρο Ροδινία.

18 Η υπερήπειρος Ροδινία

19 Η υπερήπειρος Ροδινία Παρέμεινε ως υπερήπειρος για περίπου 350 εκ. έτη. Περιτριγυριζόταν από έναν ωκεανό την Μιροβία. Άρχιζε να ανοίγει και να χωρίζει και να σχηματίζει στα 750 εκ. έτη, την Πανθάλασσα (πρωτοειρηνικός).

20 Στον Νεοπροτεροζωικό ( δις έτη) Εκτεταμένοι παγετώνες Στα 570 εκ. έτη, είχαμε ξανά διάνοιξη ωκεανών, όταν το μπλοκ της Ν. Αμερικής άρχισε να χωρίζει από αυτό της Βόρειας σχηματίζοντας τον ωκεανό Ιαπετό (πρωτοατλαντικός).

21 Η Βαράνγκιος παγετώδης περίοδος ( εκ. Έτη) Γνωστή αλλιώς και ως «χιονόμπαλα γη (snowball Earth)» λόγω των εκτεταμένων αποθέσεων παγετώνων. Διήρκησε για 250 εκ. έτη, η μεγαλύτερη στην ιστορία της γης. Πετρώματα με παγετώδεις αποθέσεις σε όλη την γη (τιλλίτες, γραμμώσεις, κτλ)

22 Σε τι οφειλόταν; H τεκτονική των πλακών μπορεί να επηρέασε την ψύξη του πλανήτη. Οι ήπειροι βρίσκονταν γύρω από τον ισημερινό και άρα καθόλου τροπικός ωκεανός. Ανάκλαση θερμότητας στην επιφάνεια των βράχων (ήπειροι γυμνές). Όταν σχηματίστηκαν οι πρώτοι παγετώνες η ανακλαστικότητα χιονιού και πάγου περεταίρω μείωση. Οι παγετώνες σχετίζονται με μείωση του CO 2 αύξηση του O 2. CO 2 φαινόμενο του θερμοκηπίου. Μείωση του ψύξη. Η μείωση του πιθανόν από αύξηση στον αριθμό των φωτοσυνθετικών οργανισμών (κυανοβακτήρια, στρωματόλιθοι).

23 Επιπτώσεις Πτώση της στάθμης της θάλασσας Μειωμένη λιθοποίηση κυανοβακτηριδίων Χαμηλή παραγωγή ακρίταρχων Παρακμάζοντες στρωματόλιθοι Μείωση του δ 13 C Αύξηση CO 2 στην ατμόσφαιρα Υψηλότερη διάβρωση (ενδείξεις από αυξημένες ποσότητες 87 Sr/ 86 Sr στα ανθρακικά πετρώματα) και άρα και αύξηση του P στο νερό των ωκεανών

24 Στην αρχή του Προτεροζωικού η ζωή ίδια με τον Αρχαϊκό 1. Αρχαιοβακτήρια σε υδροθερμικά πεδία 2. Πλανκτονικοί προκαρυοτικοί οργανισμοί σε θάλασσες και λίμνες 3. Αναερόβιοι προκαρυοτικοί οργανισμοί σε ανοξικά περιβάλλοντα 4. Φωτοσυνθετικά κυανοβακτήρια που φτιάχνουν στρωματολίθους 5. Ευκαρυοτικοί οργανισμοί

25 2 δις έτη στυλώδεις στρωματόλιθοι

26 Καινούργιες μορφές ζωής του 1. Ακρίταρχα Προτεροζωικού 2. Μετάζωα ή πολυκύτταρα ζώα με μαλακά σώματα 3. Μετάζωα με μικροσκοπικούς σωλήνες ανθρακικού ασβεστίου ή κελύφη 4. Μετάζωα που άφησαν λαγούμια στο ίζημα

27 Η προέλαση των ευκαρυοτικών οργανισμών Η εμφάνιση τους κύριο γεγονός στην ιστορία της γης. Έχουν την δυνατότητα για σεξουαλική αναπαραγωγή, που αυξάνει την ποικιλομορφία μέσω γενετικής αναδιοργάνωσης που προσφέρει μεγαλύτερες δυνατότητες εξελικτικής αλλαγής. Η διαφοροποίηση της ζωής δεν εμφανίστηκε μέχρι μετά την έλευση της σεξουαλικής αναπαραγωγής ή μέχρι τα επίπεδα του οξυγόνου να φτάσουν σε ένα κρίσιμο επίπεδο. Άρχισαν να διαφοροποιούνται σημαντικά περίπου στα δις έτη.

28 Ακρίταρχα 1. Ευκαρυοτικοί οργανισμοί 2. Μονοκύτταρα, σφαιρικά μικροαπολιθώματα 3. Παχύ οργανικό κάλυμμα 4. Πιθανότατα ήταν φυτοπλανκτόν 5. Εμφανίστηκαν για πρώτη φορά πριν 1.6 δις έτη (όριο Παλαιοπροτεροζωικού Μεσοπροτεροζωικού) 6. Μερικά μοιάζουν με τις κύστες ή τα στάδια ανάπαυσης των σύγχρονων φυκών που ονομάζονται δεινομαστιγοφόρα.

29

30

31 Ακρίταρχα 7. Μέγιστη ποικιλομορφία και αφθονία στα 850 εκ. έτη 8. Υποχώρησαν κατά την διάρκεια των Βαράνγκιων παγετώνων 9. Λίγα παρέμειναν μετά τα 675 εκ.έτη 10.Εξαφανίστηκαν στο τέλος του Σιλούριου 11.Χρήσιμα για το συσχετισμό Προτεροζωικών στρωμάτων

32 Τα πρώτα Μετάζωα Πολυκύτταρα ζώα με διάφορους τύπους κυττάρων οργανωμένων σε ιστούς και όργανα. Τα πρώτα βέβαια μετάζωα πρωτοεμφανίστηκαν στον Νεοπροτεροζωικό, περίπου 630 εκ. Έτη (στο τέλος της Βαράνγκιου). Διατηρήθηκαν σαν αποτυπώματα οργανισμών με μαλακά μέρη σε ψαμμίτες.

33 Προτεροζωικά μεγααπολιθώματα Μετά την Grypania τα παλαιότερα μεγααπολιθώματα, ανθρακικά αποτυπώματα των σφαιρικών Chuaria, επιμηκυμένων Tawuia και της φυσαλιδόμορφης Longfengshania Παγκόσμια εξάπλωση σε προτεροζωικά ιζήματα Μεγάλες εμφανίσεις στον Καναδά και την Κίνα Από εκ. Έτη Πιθανόν πρωτόγονα προ-εντιακάρια μετάζωα

34 Chuaria Tawuia

35 Χαρακτηριστικές πανίδες μεταζώων του Προτεροζωικού Η πανίδα Ediacara Τα πρώτα αποτυπώματα ζώων με μαλακά μέρη βρέθηκαν από το Sprigg στους λόφους Ediacara στην Ν. Αυστραλία στην δεκαετία του Αυγά και έμβρυα μεταζώων στον Ανώτερο Νεοπροτεροζωικό σχηματισμό Doushantuo στην Ν. Κίνα. Ιχνοαπολιθώματα σκαπτικών μεταζώων σε πετρώματα νεώτερα από την Βαράνγκια παγετώδη περίοδο. Πανίδα ζώων με μικροσκοπικά κελύφη

36 Η πανίδα Ediacara Τα πρώτα με το χαρακτηριστικό Εντιακάριο τύπο σώματος και απλά ιχνοαπολιθώματα εμφανίζονται στο τέλος του Προτεροζωικού ( εκ. έτη). Σήμερα τέτοιου τύπου ζώα γνωστά από περισσότερες από 20 περιοχές στον κόσμο (Ρωσία, Αγγλία, Ναμίμπια, Καναδάς) Στρωματογραφικά εντοπίζονται πάνω από πετρώματα με ίχνη Βαράνγκιων παγετώνων και κάτω από την βάση του Καμβρίου. Η πρώτη εξελικτική διάσπαση των πολυκύτταρων ζώων. Μερικά ήταν πιθανόν προγονικές μορφές των Παλαιοζωικών ασπόνδυλων. Τα παλαιότερα βρέθηκαν στην Κίνα. Τυπικές μορφές με υψηλό δομικό επίπεδο Dickinsonia, Spriggina and Tribrachidium

37 Dickinsonia, Αυστραλία

38 Tribrachidium, Αυστραλία

39 Spriggina, σκώληκας, Αυστραλία

40 Η πανίδα Ediacara Μέγεθος οργανισμών από 1cm έως 1m Καλή διατήρηση των εκμαγείων λόγω απουσίας πτωματοφάγων και έλλειψης βιοαναμόχλευσης. Η πλειοψηφία πρωτόγονα κνιδάρια (μέδουσες, υδρόζωα), σκώληκες, αρθρόποδα και άλλα προβληματικά. Νέες μορφές και διαφορετικές από κάθε γνωστό ζώο. Πολλά είδη συσχετίζονται με σημερινά κνιδάρια όπως τα υδρόζωα (Charnia, Charniodiscus), και άλλα προβληματικά (το αινιγματικό Tribrachidium) Πρόσφατα ευρήματα δείχνουν την ύπαρξη ζώων που έμοιαζαν με τα αρθρόποδα (Parvancorina).

41 Charnia

42 Parvancorina, αρθρόποδο, Αυστραλία

43 Cyclomedusa, μέδουσα, Αυστραλία

44 Η πανίδα Ediacara

45 Doushantuo στην Ν. Κίνα. Έμβρυα μεταζώων Σπόγγοι

46 Πανίδα ζώων με μικροσκοπικά κελύφη: Τα πρώτα σκληρά μέρη Τα πρώτα απολιθώματα με σκληρά μέρη ή κελύφη εμφανίζονται στον Ανώτερο Νεοπροτεροζωικό.

47 Cloudina το πρώτο απολίθωμα με σκληρά μέρη Cloudina, ένας οργανισμός με μικρό σωληνοειδές κέλυφος φτιαγμένο από ανθρακικό ασβέστιο (CaCO 3 ). Μοιάζει με τις δομές που φτιάχνουν οι ανελίδες που ζουν σε σωλήνες. Ο πρώτος οργανισμός με κέλυφος CaCO 3. Βρέθηκε στην Ναμίμπια, Αφρική.

48 Cloudina από το Νεοπροτεροζωικό της Κίνας Cloudina το πρώτο απολίθωμα με σκληρά μέρη

49 Πανίδα ζώων με μικροσκοπικά κελύφη: Τα πρώτα σκληρά μέρη Άλλα νεοπροτεροζωικά ή κατώτερου Κάμβριου μικρά απολιθώματα με κελύφη περιλαμβάνουν: Πιθανά πρωτόγονα μαλάκια (Χαλκιεριοειδή) Βελόνες σπόγγων, Σωληνοειδή ή κωνικά κελύφη Μικροσκοπικά χαυλιοδοντόμορφα απολιθώματα (Υόλιθοι) Κελύφη φτιαγμένα από φωσφορικό ασβέστιο (Τομοτοειδή).

50 Halkieria Υόλιθος

51 Τα πλεονεκτήματα Προστασία και πρόσφυση μαλακών μερών και μυών. Προστασία από θηρευτές και παράσιτα Μεταχείριση τροφής (δόντια) Βελτίωση πρόσφυσης στο υπόστρωμα Αποτροπή απώλειας νερού Αποθήκες για απαραίτητα στοιχεία (Ca, P, Si, κτλ.)

52 Μειονεκτήματα Διαθεσιμότητα δομικών υλικών Ενέργεια και χρόνο από άλλες λειτουργίες Συντήρηση Φορτίο (βάρος): πιο βαριά και πιο ογκώδη Περιορίζουν την κίνηση Αλλαγές στο σχήμα του σώματος, την ανάπτυξη και την διάχυση αερίων και θρεπτικών συστατικών κατά μήκος του σώματος.

53 Από τι φτιάχνονται Αποτελούνται από πολύπλοκα οργανικά και ανόργανα ορυκτά δομικά συστατικά. Όλα περιέχουν οργανικά συστατικά, ορυκτά όχι όμως όλα Σκελετοί από οργανικά μόρια (πχ. Χιτίνη) σχηματίζουν οργανικούς σκελετούς που μπορούν να απολιθωθούν. Συχνά τα οργανικά μόρια εμποτίζονται με ορυκτά και σχηματίζουν σύνθετα όργανο-ανόργανα υλικά. Τα ορυκτά είτε αποκτούνται από το περιβάλλον του ζώου είτε κατασκευάζονται από τους ιστούς του ζώου με μια διαδικασία που ονομάζεται βιοορυκτοποίηση.

54 «Βιοορυκτά» Περίπου 60 γνωστά βιοορυκτά Τα περισσότερα εμφανίζονται ως εσω ή εξω κυτταρικά συσσωματώματα ή άλλες δομές χωρίς σύνδεση με σκελετούς Κυρίως 3 τύποι ορυκτών σε σκελετούς a. Ανθρακικά (CaCO 3, κυρίως ασβεστίτης και αραγωνίτης) b. Φωσφορικό ασβέστιο (κυρίως απατίτες, Ca 5 (PO 4,CO 3 )(OH) 2 ) c. πυριτικά (οπάλιος, SiO 2 )

55 Ιχνοαπολιθώματα Ίχνη βάδισης, λαγούμια και άλλα ιχνοαπολιθώματα στον ανώτερο Νεοπροτεροζωικό. Τα πετρώματα μετά την Βαράνγκια παγετώδη περίοδο Απλά ρηχά λαγούμια

56 Ιχνοαπολιθώματα Πιθανότατα από μαλάκιο (Καναδάς)

57 Τι προκάλεσε την εμφάνιση των μεταζώων; Μπορεί να σχετίζεται με την συγκέντρωση αρκετού οξυγόνου στην ατμόσφαιρα για την υποστήριξη μεταβολισμού που να βασίζεται στο Οξυγόνο. Τα πρώτα μετάζωα μπορεί να ζούσαν σε οάσεις Οξυγόνου θαλάσσιων φυτών. Η Εντιακάριος ζωή μπορεί να εξελίχτηκε σταδιακά από προηγούμενες μορφές που δεν απολιθώθηκαν.